Uma abordagem computacional para previsao de fadiga de metais duros

Abstract

Resumo: O objetivo desse trabalho é a predição do limite de fadiga para materiais duros, sendo aplicado a peças ou componentes sujeitos a carregamentos cíclicos. Para isto, o Método dos Elementos Finitos é utilizado na análise de tensões, associado a um critério de fadiga baseado em uma abordagem da escala mesoscópica do material. O critério aqui utilizado, formulado por Ioannis V. Papadopoulos , foi adotado por seu bom resultado em predições com material duro. Esse critério trabalha no nível das deformações intergranulares do metal, analisando a soma das mesmas, para definir o início da trinca por fadiga. Além do critério da escala mesoscópica utilizado, foi incorporada a influência do gradiente de tensões no limite de fadiga. Para isso foi desenvolvido um código computacional, implementado em FORTRAN, a fim de ler os dados de tensões obtidos por simulação e calcular se e onde a peça estudada falha. É importante salientar que esse estudo não tem como objetivo determinar quando ocorre a falha (número de ciclos). Para validação do método de predição do limite de fadiga, os resultados teóricos obtidos foram confrontados com ensaios acelerados controlados. Estes ensaios provocam carregamentos cíclicos em peças, de forma a representar as cargas de maior influência durante o seu funcionamento em condições reais, nas situações de maior solicitação mecânica.

Abstract: The object of this work is the prediction of the fatigue life of hard material, applied to pieces and parts under cyclic load. To this, the Finite Element Method was used to stresses analysis, working together with a fatigue criteria based in a mesoscopic scale approach of the material. This criteria, formulated by Ioannis V. Papadopoulos, was adopted because of its good performance to hard materials. This criteria works with intergranular deformation of the metal, it adds their values to define the beginning of the fatigue crack. Together with the mesoscopic criteria, it was considered the influence of the stress gradient to the fatigue. It was also developed a computational code, implemented in FORTRAN, to read the stresses data, coming from a simulation, and predict if the specimen failure and where it happens. It is important to say that the object of this work is not to find when the failure happens (cycles quantity). To the validation of the fatigue limit prediction method, the theoretical results are compared with accelerated tests. These tests consists on apply cyclic loads over the sample, in a way of reproduce the more influent loads during the work life of the piece in real conditions, on situations of worst mechanical efforts.